2017—2021年晋中市空气质量特征分析及管控对策.pdf

第 卷第期 年月太 原 师 范 学 院 学 报(自然科学版)J OUR NA LO FT A I YUANNO RMA LUN I V E R S I T Y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)V o l N o M a r 收稿日期:基金项目:山西省高等学校科技创新项目(L ,L )作者简介:李端(),女,山西运城人,博士,太原师范学院讲师,从事生态水文研究通信作者:李端,讲师,E m a i l:l i d u a n c o m 年晋中市空气质量特征分析及管控对策李端,贾振江,王佩将(太原师范学院 地理科学学院,山西 晋中 )摘要以晋中市 年空气质量监测结果为基础数据,对空气中六类主要污染物浓度年内和年际变化进行分析研究结果表明,近年内年际间PM、PM、NO、S O和C O浓度整体呈现下降态势,O浓度呈温和上升的趋势年内PM、PM、S O、C O和NO浓度呈现先减小后增加的变化趋势,O浓度呈现先增加后减小的变化趋势,具有季节性差异近年除PM 外其他污染物的影响呈逐渐下降趋势,这类物污染得到一定程度的控制 PM 的影响常年居高不下,是晋中市危害最大的污染物,应加强对其的治理和防控 年晋中市环境空气综合污染指数属于轻度污染水平,其中PM,PM 和O为影响较大的三类污染物停工减排措施对于PM、PM、NO、S O和C O污染管控的效果较好,但O污染仍然是晋中市污染管控的难点 关键词空气质量;综合污染指数法;停工减排 文章编号 ()中图分类号K 文献标识码A 引言伴随中国国内城市化和工业发展进度的加速,国内经济社会也取得了高速进步,但是城市污染状况却越来越突出 党的二十大也提出继续推进绿色发和进行美丽中国建设的目标,其中空气质量的优劣直接影响美丽中国建设的进程近年来,大气污染问题受到人们的广泛关注,通过对某一地区的环境空气质量进行定量和定性分析,针对该地区环境空气质量的改善提出科学合理的建议十分必要国内学者对不同区域的大气污染状况做了大量研究,很多学者针对不同区域的环境空气质量进行了评估和分析 ,该过程是推进绿色发展和美丽中国建设的重要内容目前众多学者对于环境空气质量的评估主要集中在大型城市,山西作为我国的能源基地,学者们对省会城市的大气污染问题进行了研究,但对山西其他城市的大气污染状况研究较少晋中市紧邻省城太原市,位于晋中盆地之内,扩散条件相对较差,也是山西重要的工业基地由于晋中市工业的快速发展,能源和物资的消耗持续性增长,污染物排放量不可避免的攀升,大气污染问题依旧严峻,空气质量状况始终是晋中市人民和政府关心的重点,严重制约了晋中市进行美丽中国建设的进程如何解决晋中市空气污染问题并提高空气质量是需要迫切解决的问题,为此,晋中市政府先后印发 晋中市打赢蓝天保卫战 年决战计划 晋中市 年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动实施方案 等措施文件,并采取了一系列措施加强大气污染的防治工作以促进环境空气质量的改善目前对于晋中市大气污染物的研究多集中于个别污染物的变化,且研究的时间连续性较差,因此,本文通过对晋中市区 年大气污染物连续性变化特征进行分析,综合评价晋中市的空气质量状况和污染防治效果近些年一些学者针对重大赛事或会议期间采取临时管控措施对城市空气质量产生的影响进行了研究,发现采取管控措施后对减轻空气污染和改善空气质量效果显著 年春节前后在湖北武汉爆发了新冠疫情,政府采取了严格管控措施以降低疫情扩散的风险,无论在时间还是空间上此次管控程度为历史最严格的管控 因此,系统地研究该管控措施对于晋中市空气质量的影响程度,可以为改善其空气质量的措施选择提供参考本研究可以为晋中市政府提出空气污染预防治理措施并构建相应制度提供决策依据 材料与方法 研究区概况晋中市地处中国山西省中心偏东,位于内陆黄土高原,东经 ,北纬 晋中市境内山、川、丘陵皆备,季节变化明显,自然条件比较优越晋中市气候是温带季风气候,春天燥热多风,夏季炎热多雨,秋季晴依气爽,冬季严寒少雪,春、秋短暂,冬、夏季较长但因为受地形环境影响,总体而言上热能由东向西递增,而中西部平川多于东部丘陵;雨水则由东往西下降,而东部丘陵大于中西部平川雨水大多聚集于夏季,造成雨热同季的气象 数据来源本文采用了晋中市 年大气环境空气监测数据,并结合现场实测状况,本次空气质量状况的主要评判因子是PM、PM、S O、NO、C O和O,除了C O和O采用日均值百分位数,其余因素采用相应的均值为依据,判断依据为:环境空气质量标准(G B ),数据来自晋中市环境空气监测自动站点的监测值,其中 年的大气空气监测数据只涉及采暖期数据 评价方法S P S S 系统首先对统计数据信息进行整理和大气污染状况分析,用线性插值法补充缺失数据,得到完整的日均质量浓度序列,对统计数据信息进行描述工作,检测数据正态分布后,采用皮尔逊相关分析法研究AQ I值与污染物因子与大气污染物的关系采用丹尼尔斯皮尔曼的分类相关系数法分析大气污染物增长趋势,计算公式如下:Rs nn(xiyi)(nm)()Rs为S p e e d m a n额定相关系数,将Rs与额定相关系数统计表中临界值Wp进行比较当|Rs|WP,表示重大变化如果Rs为负,表示评级指数下降如果Rs为正,表明估值指数呈上升当|Rs|Wp,表示更改没有明确的含义时,表明在一定评估期内空气质量变化是平稳的应用综合污染指标法 评估环保空气质量,用环境污染负荷系数表示重点污染物总量对环保空气质量总水平的贡献,计算结果公式如下:Pnn(Ci/Si)()其中P为空气质量综合指数,Ci为第i项空气污染物浓度的年/月均值,Si为第i项空气污染物的环境标准限值空气污染指数评级(二级标准)标准:清洁(P),轻污染(P),中度污染(P),较重污染(P),严重污染(P)结果与讨论 污染物浓度年内变化特征通过对各污染物在 年月均质量浓度变化分析,从 年PM、PM、S O、C O和NO这类污染物月平均质量浓度在全年内均呈现先减小再增加的变化趋势,都呈“U”型变化特征,可见空气质量的季节变化从好到差依次为夏季、秋季、春季、冬季 O的年内月平均质量浓度变化特征则与其他大气污染物相反,在全年内均呈现先增加后减小的变化趋势,表现为夏季高冬季低的特点其中从 年PM 和NO年内平均质量浓度值峰值也在逐年降低,PM、S O和C O年内日平均质量浓度值不论是峰值还是平均值都在逐年降低,这得益于晋中市近些年来对PM、S O和C O排放的综合治理(图)可见,冬季整体空气质量偏低,这种现象与晋中冬季燃煤供热问题有关,每年的十一月至次年的三月,是晋中市的供热期,由于燃煤用量的上升使得污染物排放量上升,空气污染进一步加重,所以在冬季空气质量相对较差 污染物浓度年际变化特征根据图污染物年均质量浓度变化的分析结果,从 年,PM、PM、NO、S O和C O年平均质量浓度整体呈现下降态势,其中PM 年均质量浓度从 g/m逐渐下降到 g/m,下降幅度为 ;PM 从 g/m下降到 g/m,下降幅度为 ;NO从 g/m下降至太 原 师 范 学 院 学 报(自然科学版)第 卷 H N 1.40/01.0$0图 年污染物月均质量浓度变化$0 H N 1.040/01.图 年各污染物年均质量浓度变化 g/m,下降幅度为 ;S O从 g/m下降到 年的 g/m,下降幅度为 ;C O从 g/m下降到 g/m,下降幅度为 其中PM 在 年有一定幅度的回升,下降态势呈现波动式下降,NO下降态势比较平缓,PM、S O和C O的下降态势均比较迅速相反,O年平均质量浓度从 年的 g/m温和上升至 年 g/m,上升幅度为 根据表的空气质量评价标准可知,截至 年NO和C O的平均质量浓度符合国家一级评价标准,S O和O的平均质量浓度已经达到国家二级评价标准,但未达到国家一级标准,其中O的平均质量浓度 年和 年已经符合国家一级评价标准,但是情况有所下降,和国家一级评价标准存在一定差距,PM 和PM 的平均质量浓度近年内均未达到国家二级评价标准表 年环境空气检测评价标准年份S ON OPM PM C OO二级评价标准 一级评价标准 说明:C O值为第 百分位,O值为第 百分位 空气质量状况变化依据中国环境空气质量指标(AQ I)科学技术规则(试验)(H J ),AQ I越小代表空气质量状况第期 李端,等:年晋中市空气质量特征分析及管控对策越好 AQ I值根据、,及 分别是优良、良好、轻微污染、中等污染、重度污染和严重污染六个级别 E图 年晋中市各级别空气质量天数由图可知,年期间晋中空气质量状况为良的天数最多,共 d,约占到样本总量的 ;然后为轻度空气污染,d分别占样品总量的 ;其次为中等污染和重度污染级,天数为 d和 d,分别为总量的 和 年,空气质量为优和良的天数持续增加,虽然 年较之前严重污染的天数增加了d,但轻度、中度和重度污染天数均较之前明显减小,可见从 年开始到 年,晋中空气质量优良天数上升,优质天数占比从 增加到 ,轻微污染或以上的天数呈现下降态势,比重从 减少到 ,空气质量明显转好 污染物浓度对AQ I的影响由表可 知,年 污 染 物 质 量 浓 度 和AQ I相关性分析可知,年影响空气质量指标的前三种污染物依次是PM、PM 和C O,年影响空气质量指标的前三种污染物依次是PM、PM 和O 年除PM 以外,PM、PM、NO、O、S O、C O与Q I的相关系数都不断减小,其中C O、S O、NO和AQ I的皮尔逊相关系数下降明显,且 年S O和NO对AQ I已经不具有显著影响(P )可见基于目前晋中市的措施S O、NO和C O污染得到了比较有效的控制 PM 和AQ I的相关系数不断减小,说明细颗粒物(P M)污染得到了一定的控制虽然O和Q I的相关系数也不断减小,整体环境改善,但O仍然是影响空气质量指标处于前三的污染物 P M 和AQ I的皮尔逊相关系数较大,年P M 对空气质量的影响居于首位,且近年来和AQ I的皮尔逊相关系数一直居高不下,表明目前P M 是晋中市影响最大的重要污染物,应加强对其的治理和防控应用综合污染指标法评估环保空气质量,年基于PM,PM,O是影响晋中市重要污染物,所以采用PM、PM、O三项指标的年度均值对 年空气质量综合污染指标的计算,晋中市 年环境空气综合污染指数为 ,指数介于 和之间,属于轻度污染表 年污染物浓度和AQ I相关性分析年份S ON OPM OC OPM 污染源影响分析根据 年晋中市PM/PM 变化的分析结果(图),从 年,年内PM/PM 该比值在春季相对低于其他季节其中相当一部分PM 源自空气中的气态污染物(各种二次颗粒物)参与进行的光化学反应,相当一部分PM 源自包括沙尘、建筑扬尘和交通扬尘等的各类扬尘源 因此,根据PM 和PM 的质量浓度的比值,该比值越高说明城市中二次颗粒物对该类污染的贡献越大;该比值越低说明城市中扬尘源对该类污染的贡献率越大 根据PM/PM 年内变化趋势可知,晋中市春季空气中的颗粒物的污染较多的来自于扬尘源,其他季节空气中颗粒污染物较多的来自于二次颗粒物的作用,这是由于春季建筑工程比冬季有所增加,同时春季相对沙尘天气比较多的原因根据 年晋中市NO/S O变化的结果分析(图),从 年,年内NO/S O呈现先太 原 师 范 学 院 学 报(自然科学版)第 卷1.1.1.1.1.1.1.1.图 年晋中市PM/PM 变化/0 4 0/0 4 0/0 4 0/0 4 0图 年晋中市N O/S O变化第期 李端,等:年晋中市空气质量特征分析及管控对策增加后减小的态势,该比值在夏季最大,在冬季比较低有研究表明城市中的NO主要来自包括机动车尾气排放等的移动污染源的排放,S O主要源自包括燃煤发电和金属冶炼等工业燃烧这类固定污染源的排放 因此,根据NO和S O质量浓度的比值,该比值越高说明城市中移动污染源对该类污染的贡献越大;该比值越低说明城市中固定污染源对该类污染的贡献越大 根据NO/S O年内变化趋势可知,晋中市夏季空气中的含氧化合物污染较多的来自于机动车等移动性污染源,冬季空气中的含氧化合物污染较多的来自固定性的污染源,这是由于冬季供暖进行工业燃烧的结果同时,年各年中NO/S O的低值基本比较稳定,其峰值在 年下降,这是由于晋中市以清洁能源为动力的机动车增加,一定程度上取代了传统燃油动力机动车,减少了污染物的排放 停工减排对空气质量的影响 年春节期间进行了静默管理,由图的箱体图可以看出,年春节期间PM、NO、S O和C O四类污染物的日平均质量浓度整体均低于 年春节期间的日平均质量浓度,浓度分别下降了 、和 年春节期间PM 日平均质量浓度与其在 年的增加相对较小,增幅为 相反,年春节期间O日平均质量浓度明显高于其在 年的值1.H N/0 H N 1.H N 1.H N 0 H N 4 0 H N 图 和 年春节前后主要污染物变化NO和S O降幅最大,这是由于疫情严控期间晋中市交通源和工业源排放的氮氧化物和硫化物的排放量下降有关 C O的下降则是与机动车出行率显著减少有密切关系 PM/PM 能够反映一个区域颗粒物污染来源,该指标的比值越高说明颗粒物受二次生成的影响越大,反之,比值越低表明其受扬尘影响也就越大 年春节期间和 年春节期间PM/PM 分别为 、,可见疫情停工期间晋中市空气中的细粒子PM 对P M 的贡献占比提高了成,主要是因为春节期间疫情严控的措施,工地停工使扬尘污染源受到了绝对控制,从而导致粗粒子占比明显下降,细粒子占比明显上升疫情严控期间O浓度显著上升与氮氧化物和挥发性有机物(VO C s)减排不成比例有关,VO C s是促进O形成的主要前提物,不同于氮氧化物、硫化物和颗粒物的排放源主要为工业源,而VO C s的排放源不仅包括工业源,还包括农业源、生活源和自然源等 晋中市很可能处于VO C s控制区,当城市处于VO C s控制区时,O浓度随VO C s浓度上升而上升,随氮氧化物浓度上升而下降 可见停工减排措施对于P M、P M、NO、太 原 师 范 学 院 学 报(自然科学版)第 卷S O和C O污染管控的效果较好,对疫情管控期间O浓度却表现出显著增加趋势,因此O污染是晋中市进行污染管控难点,需进一步考虑能源利用和产业战略的重组措施以及建立区域内和跨区域的联防联控机制 结论)从 年,年际间PM、PM、NO、S O和C O浓度整体呈现下降态势,O浓度呈温和上升的趋势其中,PM 和PM 浓度均未达到国家二级评价标准年内PM、PM、S O、C O和NO浓度呈现先减小后增加的变化趋势,O浓度呈现先增加后减小的变化趋势,具有季节性差异)近年除PM 外其他污染物的影响呈逐渐下降趋势,这类物污染得到了一定程度的控制 年晋中市环境空气综合污染指数属于轻度污染水平,其中PM、PM 和O为影响较大的三类污染物,PM 的影响常年居高不下,是晋中市危害最大的重要污染物,应加强对其的治理和防控)晋中市春季空气中的颗粒物的污染较多的来自于扬尘源,其他季节空气中颗粒污染物较多的来自于二次颗粒物的作用夏季空气中的含氧化合物污染较多的来自于机动车等移动性污染源,冬季空气中的含氧化合物污染较多的来自固定性的污染源)停工减排措施对于PM、PM、NO、S O和C O污染管控的效果较好,对疫情管控期间O浓度却表现出显著增加趋势,说明O污染仍然是晋中市污染管控的难点参考文献:孙冰淮河流域PM 和PM 比率的时空变化J河北环境工程学院学报,():肖悦,田永中,许文轩,等近 年中国空气质量时空分布特征J生态环境学报,():王光辉,刘秋梅基于模糊综合评判的曹妃甸区环境空气质量评价J环境与可持续发展,():魏臻,林芳基于聚类分析和主成分分析城市空气质量评价J淮阴工学院学报,():丁杰萍,张亚群,周 静,等甘肃省主要城市环境空气质量变化趋势分析研究J甘肃科技,():,周世营基于层次分析的福州市环境空气质量评价J低碳世界,():张鑫童滁州市空气质量影响因素的主成分分析J安徽农学通报,():,牛建军,高冠龙太原市近年环境空气污染物浓度变化与趋势分析J西北师范大学学报(自然科学版),():王占山,李云婷,张大伟,等 年A P E C会议期间北京市空气质量分析J环境科学学报,():王晨波,张祥志,秦玮,等南京青奥会空气质量保障联合观测分析研究J环境监控与预警,():,赵军平,罗玲,郑亦佳,等 G 峰会期间杭州地区空气质量特征及气象条件分析J环境科学学报,():智艳,罗长远新冠肺炎疫情对中国经济的影响及其思考J学习与探索,():蔡敏,王莹,金安,等 年十堰市环境空气质量变化趋势分析研究J环境科学与管理,():江瑶,汪婷,沈利洪,等 年苏州地区PM 和PM 的时空变化特征分析J热带气象学报,():王涛,康淮钰,刘梓雅,等基于比值和偏相关的大气污染物源识别 以 年江苏省为例J复旦学报(自然科学版),():高爽,祝栋林,杨新宇基于G I S的常州市区大气污染排放清单分析J环境科学与技术,():L IR,ME IX,WE ILF,e t a l S t u d yo n t h e c o n t r i b u t i o no f t r a n s p o r t t oPM i n t y p i c a l r e g i o n s o fC h i n au s i n g t h e r e g i o n a l a i rq u a l i t ym o d e lR AM S CMAQJ A t m o s p h e r i cE n v i r o n m e n t,:陈挚秋,王建力,杨平恒 年重庆市大气污染物浓度变化特征及其与气象条件的关系J西南大学学报(自然科学版),():杨越某油气田典型V O C s污染源分析及管控对策研究J石化技术,():徐海红,赵晓宏,董振龙,等我国V O C s污染治理监管存在的问题及对策J环境影响评价,():T I EX,G E N GF,GU E N THE RA,e t a l M e g a c i t y i m p a c t s o n r e g i o n a l o z o n e f o r m a t i o n:o b s e r v a t i o n s a n dWR F C h e mm o d e l i n gf o r t h eM I R AG E S h a n g h a i f i e l dc a m p a i g nJ A t m o s p h e r i cC h e m i s t r ya n dP h y s i c s,():王爱平,朱彬,秦玮,等新冠疫情严控期间南京市空气质量J中国环境科学,():第期 李端,等:年晋中市空气质量特征分析及管控对策A n a l y s i so fA i rQ u a l i t yC h a r a c t e r i s t i c sa n dC o n t r o lC o u n t e r m e a s u r e s i nJ i n z h o n gC i t yf r o m t o L ID u a n,J I AZ h e n j i a n g,WA N GP e i j i a n g(C o l l e g eo fG e o g r a p h i c a lS c i e n c e s,T a i y u a nN o r m a lU n i v e r s i t y,J i n z h o n g ,C h i n a)A b s t r a c tB a s e do nt h ea i rq u a l i t ym o n i t o r i n gr e s u l t s f r o m t o i nJ i n z h o n gC i t y,t h ea n n u a l a n di n t e r a n n u a lc h a n g e si nt h ec o n c e n t r a t i o n so fs i xm a i np o l l u t a n t sw e r ea n a l y z e d T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n c e n t r a t i o n so fPM,PM,NO,S O,a n dC Os h o wad o w n w a r dt r e n d,w h i l et h ec o n c e n t r a t i o no fOs h o w sam i l du p w a r dt r e n d T h ec o n c e n t r a t i o n so fPM,PM,S O,C O,a n dNOs h o w e da t r e n do f f i r s t d e c r e a s i n ga n d t h e n i n c r e a s i n g,w h i l e t h e c o n c e n t r a t i o no fOs h o w e da t r e n do f f i r s t i n c r e a s i n ga n d t h e nd e c r e a s i n g,s h o w i n gs e a s o n a l d i f f e r e n c e s I nr e c e n t y e a r s,t h e i n f l u e n c eo fo t h e rp o l l u t a n t se x c e p tPM h a sg r a d u a l l yd e c r e a s e d,a n dt h ep o l l u t i o no f s u c hp o l l u t a n t sh a sb e e nc o n t r o l l e dt oac e r t a i ne x t e n t T h e i n f l u e n c eo fPM r e m a i n sh i g ha l l y e a r l o n ga n d i t i s t h em o s th a r m f u l p o l l u t a n t i nJ i n z h o n gC i t y T h e r e f o r e,i t i sn e c e s s a r yt os t r e n g t h e nt h ec o n t r o la n dp r e v e n t i o no f i t I n ,t h ec o m p r e h e n s i v ea i rp o l l u t i o ni n d e xo fJ i n z h o n gC i t yb e l o n g s t ot h e l i g h tp o l l u t i o n l e v e l,a m o n gw h i c hPM,PM,a n dOa r e t h e t h r e et y p e so fp o l l u t a n t sw i t hg r e a t i n f l u e n c e T h es h u t d o w ne m i s s i o nr e d u c t i o nm e a s u r e sh a v eag o o de f f e c to nt h ep o l l u t i o nc o n t r o lo fPM,PM,NO,S O,a n dC O,b u tOp o l l u t i o ni ss t i l lad i f f i c u l t y i nt h ep o l l u t i o nc o n t r o l o f J i n z h o n gC i t y K e yw o r d sa i rq u a l i t y;c o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o ni n d e xm e t h o d;s h u t d o w nt or e d u c ee m i s s i o n s(上接第 页)B a s i cR SF l i p f l o p sB a s e do nS e m i c o n d u c t o rO p t i c a lA m p l i f i e r sWA N GJ i a o,WA N GQ i a n g,H A NB i n g c h e n(S c h o o l o fC o m p u t e rS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,T a i y u a nN o r m a lU n i v e r s i t y,J i n z h o n g C h i n a;D e p a r t m e n to fP h y s i c s,T a i y u a nN o r m a lU n i v e r s i t y,J i n z h o n g ,C h i n a)A b s t r a c tB a s e do nt h et h e o r yo fn o n l i n e a re f f e c t so fs e m i c o n d u c t o ro p t i c a la m p l i f i e r s(S OA),an o v e la l l o p t i c a lR Sf l i p f l o pi ss i m u l a t e da n di m p l e m e n t e d B 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